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技术技术 | Technology – | Technology – GaNGaN 传感器传感器 用于空气污染物检测的 GaN HEMT 将独立悬空的氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）用作为二 氧化氮传感器，具有高灵敏度、低功耗和经济实用等优点。 Peter Offermans, IMEC 空气污染问题日益严峻，其严重后果正在向 时平均浓度累计 18 次超出200 μg/m3 标准值。柴 人们敲响警钟。据世界卫生组织（WHO ） 油机是NO2 浓度居高不下的主要原因之一，正如 的报道，每年全球约有370 万人丧命于室外空气 德国大众汽车舞弊门中所揭露的那样，由柴油机 污染，其中，80% 死于心脏病或中风，20% 患有 产生的氧化物远远超过人们的预计。 致命的呼吸系统疾病和肺癌。 在一些欧洲大城市中，使用了空气质量监测 上述死因可归因于两类污染物：大气中直 网络来监测城市环境和道路污染物的排放情况。 径大于等于几微米的颗粒物和NO2 。长期暴露于 这种测量方法很精确，但往往成本高昂。它是将 NO2 环境中将会加重哮喘儿童患上支气管炎的风 分析器与计算模型相结合来对非监测点处的空气 险，因此，削减欧洲和北美地区的NO2 的浓度显 质量进行估计，这说明要做得更好就需要在城市 得十分重要。NO2 的另一害处是，它是硝酸盐气 中部署更多的传感器。随着物联网技术的引入， 溶胶的主要来源，而硝酸盐气溶胶则是形成直径 使得这一需求将会变成现实，因为小型、低成本 2.5 微米以下大气颗粒物的重要组成部分。 的空气质量传感器可增加无线监测网络的监测密 为了减少因大气污染导致的死亡率，WHO 度，能对现有监测点的信息提供有价值的补充。 规定二氧化氮的年平均浓度标准为40 μg/m3 ，相 目前，基于电化学或金属氧化物传感的低成本小 当于20ppb。但是，实际情况往往超过由WHO 型空气质量传感器已进入市场（详见下文中的“先 推荐的这一最高标准值，在欧洲的城镇尤为明显。 进的微型传感器”章节）。 例如，在伦敦，仅在2016 年的前五天中，NO2 的 然而，由欧洲大气污染控制与环境可持续发 18 化合物半导体 2016年第4期 技术技术技术 | Technology – | Technology – | Technology – GaNGaNGaN 传感器传感器传感器 展机构下属的欧洲新型传感器网 (EuNetAir) 所组 织的一场对空气质量的现场检测行动中，发现这 种新型传感器与传统分析器相比，其传感性能还 较差。这种新型传感技术的缺点包括有灵敏度较 低，以及它的灵敏度会受到大气中湿度和臭氧等 其他类型气体的干扰和影响。 为了突破上述性能限制，研究者们仍在对 各种用于智能传感系统的新技术进行整合。与此 同时，在高选择性、高灵敏度、超低功耗上的需 求也正在驱动新一代传感器向微米和纳米传感器 方向发展。位于欧洲比利时的微电子研究中心 IMEC ，我们正在利用新型的气体传感技术平台 来研发一种基于悬空式AlGaN/GaN 膜的新型气 体传感器。该气体传感器不仅具有超低的功耗， 并且对NO2 有着很高的灵敏度，并受湿度的影响 也很小。 伦敦的空气质量监测站显示，二氧化氮的浓度会经常超出WHO最高推荐值。 化合物半导体 2016年第4期 19 技术 | Technology – GaN 传感器 图1. IMEC的GaN HEMT 及其他